(57)【要約】      （修正有）【課題】コルゲート管の製造性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。【解決手段】質量％で、０．０３％以下のＣ、０．１超え〜２％のＳｉ、２％以下のＭｎ、０．０５％以下のＰ、０．０５％以下のＳ、１０．５〜２６％のＣｒ、０．７０％以下のＣｕ、０．８％以下のＮｂ、０．８％以下のＴｉ、０．４％以下のＡｌ、０．０３％以下のＮを含有し、残部をＦｅおよび不可避的不純物として、フェライト系ステンレス鋼を形成する。また、（Ｔｉ％＋Ｎｂ％）≧（７×（Ｃ％＋Ｎ％）＋０．０５）となるように組成を調製する。さらに、ＪＩＳＧ０５５５で規定する清浄度でＭｎＳを除く介在物を０．００４〜０．２０％含有する。また、表面硬さがビッカース硬度で１３０〜２００ＨＶとなるように表面硬さを調製する。【選択図】図３
2010255036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．１超え〜２％、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：１０．５〜２６％、Ｃｕ：０．７０％以下、Ｎｂ：０．８％以下、Ｔｉ：０．８％以下、Ａｌ：０．４％以下、Ｎ：０．０３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
（Ｔｉ％＋Ｎｂ％）≧（７×（Ｃ％＋Ｎ％）＋０．０５）となるように組成が調製され、
ＪＩＳＧ０５５５で規定される清浄度でＭｎＳを除く介在物を０．００４〜０．２０％含有し、
表面硬さがビッカース硬度で１３０〜２００ＨＶである
ことを特徴とするコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項２】
質量％で、含有量の合計が４％以下となるようにＭｏ、ＶおよびＷの少なくともいずれか１つを含有する
ことを特徴とした請求項１記載のコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼。
【請求項３】
質量％で、含有量の合計が５％以下となるようにＮｉおよびＣｏの少なくともいずれか一方を含有する
ことを特徴とした請求項１または２記載のコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コルゲート管用として用いるフェライト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からステンレス鋼管や銅管は、例えば温冷水配管、ガス配管、冷媒配管および熱交換器等に多く用いられている。特に、ステンレス鋼管は、銅管に比べて耐食性が高いため、腐食性のある液体の配管や外面耐食性が問題となる塩害地区での一般配管用として適している。一方、ステンレス鋼管は、銅管に比べて強度が高く曲げ性が悪いので、手作業が多い場合の用途としては敬遠されるケースがある。
【０００３】
そこで、コルゲート加工またはバルジ加工によって周面に溝を形成し、曲げ性を向上させたフレキシブル管が使用されることがある。
【０００４】
ここで、コルゲート加工とは、外面側から金型を押し当てて管の周面に溝を形成する加工方法であり、このコルゲート加工によって製造したステンレス鋼管は、いわゆるコルゲート管と呼ばれる。また、バルジ加工とは、液圧等を利用して管の一部に張出加工を行うことである。
【０００５】
ステンレス鋼管にコルゲート加工およびバルジ加工を行う場合、伸びが大きく、加工し易いオーステナイト系ステンレス鋼が用いられることが多い。一方、フェライト系ステンレス鋼は、均一伸びが小さいのでこれらの加工には不向きと考えられていた。
【０００６】
そこで、従来、このような鋼管用のフェライト系ステンレス鋼としては、ＣおよびＮを低減して延性または靭性を向上させことにより加工性を向上させて、コルゲート加工やバルジ加工を可能にしたフェライト系ステンレス鋼板やコルゲート管が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１２１９９１号公報（第２，３頁）
【特許文献２】特開平９−１４３６３０号公報（第２，３頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１のコルゲート管や特許文献２のステンレス鋼にて、板厚が薄く、直径が小さい鋼管を形成する場合では、板厚が厚い鋼管や直径が大きい鋼管に比べて、溶接部の形状が不安定になりやすいく、また、溶接部と素材部との強度の違いに起因して割れが発生しやすいので、製造性が悪いという問題が考えられる。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、コルゲート管の製造性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載されたコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼は、質量％で、０．０３％以下のＣ、０．１超え〜２％のＳｉ、２％以下のＭｎ、０．０５％以下のＰ、０．００５％以下のＳ、１０．５〜２６％のＣｒ、０．７０％以下のＣｕ、０．８％以下のＮｂ、０．８％以下のＴｉ、０．４％以下のＡｌ、０．０３％以下のＮを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、（Ｔｉ％＋Ｎｂ％）≧（７×（Ｃ％＋Ｎ％）＋０．０５）となるように組成が調製され、ＪＩＳＧ０５５５で規定される清浄度でＭｎＳを除く介在物を０．００４〜０．２０％含有し、表面硬さがビッカース硬度で１３０〜２００ＨＶであるものである。
【００１１】
請求項２に記載されたコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼は、請求項１に記載されたコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼において、質量％で、含有量の合計が４％以下となるようにＭｏ、ＶおよびＷの少なくともいずれか１つを含有するものである。
【００１２】
請求項３に記載されたコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼は、請求項１または２記載されたコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼において、質量％で、含有量の合計が５％以下となるようにＮｉおよびＣｏの少なくともいずれか一方を含有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載された発明によれば、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＡｌおよびＮを規定した範囲で含有し、（Ｔｉ％＋Ｎｂ％）≧（７×（Ｃ％＋Ｎ％）＋０．０５）となるように組成が調製され、ＪＩＳＧ０５５５で規定される清浄度でＭｎＳを除く介在物を０．００４〜０．２０％含有し、表面硬さがビッカース硬度で１３０〜２００ＨＶであることにより、コルゲート加工による割れの発生を抑制できるので、コルゲート管を製造する際の製造性を向上できる。
【００１４】
請求項２に記載された発明によれば、含有量の合計が４％以下となるように、Ｍｏ、ＶおよびＷの少なくともいずれか１つを含有することにより、より確実に優れた製造性を確保できる。
【００１５】
請求項３に記載された発明によれば、含有量の合計が５％以下となるように、ＮｉおよびＣｏの少なくともいずれか一方を含有することにより、より確実に優れた製造性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の清浄度とせん断面率の変動範囲との関係を示すグラフである。
【図２】本発明にて形成したパイプにコルゲート加工を施した状態を示す平面図である。
【図３】本発明のコルゲート加工での割れの有無と、溶接前の清浄度および溶接前のステンレス鋼の表面硬さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼における一実施の形態について詳細に説明する。なお、各元素の含有量は特に記載しない限り質量％とする。
【００１８】
本実施の形態におけるフェライト系ステンレス鋼を構成する各元素について説明する。
【００１９】
Ｃ（炭素）およびＮ（窒素）は、ステンレス鋼中に不可避的に含まれる元素である。ＣおよびＮの含有量を低減すると、炭化物および窒化物の生成が少なくなり、溶接性および溶接部の耐食性を向上できるので、ＣおよびＮの含有量は少ない方が好ましい。しかしながら、ＣおよびＮの含有量を低減するには精錬時間を長くする必要があり、精錬時間が長くなるとステンレス鋼製造のコストが高騰してしまう。そこで、耐食性とコストとのバランスを考慮して、Ｃの含有量の上限を０．０３％とし、Ｎの含有量の上限を０．０３％とした。
【００２０】
Ｓｉ（ケイ素）は、ＳｉＯ２系の介在物を形成し、スリット端面性状を安定化するために有効な元素である。しかしながら、２％を超える過剰なＳｉの含有は、フェライト系ステンレス相を硬質化させ、加工性を悪化させる要因となってしまう。また、０．１％以下のＳｉの含有ではスリット端面形状の安定化を図ることができない。したがって、Ｓｉの含有量は、０．１％より多く、２％以下の範囲とする。
【００２１】
Ｍｎ（マンガン）は、ＭｎＯ系の介在物を形成し、スリット端面性状を安定化するために有効な元素である。しかしながら、２％を超えて過剰にＭｎを含有させると、ＭｎＳとして鋼中に存在し、ＭｎＳはせん断加工で亀裂の起点として作用するので、ＭｎＳの存在する位置によって、スリット端面におけるせん断面と破断面との比率が変化し、スリット端面性状が不安定となる。スリット端面性状が不安定になると、コルゲート加工性が悪化してしまう。したがって、Ｍｎの含有量は２％以下とする。
【００２２】
Ｐ（リン）は、母材およびろう付け部の靭性を低下させる元素であるので、含有率は低い方が好ましい。しかしながら、含Ｃｒ鋼の溶製においては精錬による脱リンが困難であるので、Ｐの含有量を極低下するには原料の厳選等を行う必要がありコストが高騰してしまう。そこで、Ｐの含有量が０．０５％以下であれば、母材およびろう付け部の十分な靭性を確保できるので、母材およびろう付け部の靭性とコストとを考慮し、Ｐの含有量は、０．０５％以下とする。
【００２３】
Ｓ（硫黄）は、ＭｎとともにＭｎＳを形成する元素であり、ＭｎＳは、せん断加工で亀裂の起点として作用するので、ＭｎＳの存在する位置によって、スリット端面におけるせん断面と破断面との比率が変化し得る。そして、０．００５％を超えて過剰にＳを含有させると、ＭｎＳの量が多くなり、亀裂の起点が多くなるので、スリット端面性状が不安定になる。スリット端面性状が不安定であると、溶接部の形状が不安定になり、コルゲート加工性が悪化してしまう。したがって、Ｓの含有量は０．００５％以下とする。
【００２４】
Ｃｒ（クロム）は、不動態皮膜の主要構成元素であり、耐孔食性や耐隙間腐食性等の局部腐食性の向上をもたらす。また、その効果を十分に発揮させるには、１０．５％以上のＣｒを含有させる必要がある。しかしながら、Ｃｒの含有量が２６％を超えると、ＣおよびＮの低減が難しくなり、機械的性質や靭性が低下してしまうとともに、コストが高騰してしまう。したがって、Ｃｒの含有量は、１０．５％以上、２６％以下の範囲とする。
【００２５】
Ｃｕ（銅）は、多量に含有させると、フェライト単相組織が維持できなくなり製造性が悪化する。また、０．７０％を超えて過剰にＣｕを含有させると、耐孔食性や耐隙間腐食性が低下してしまう。したがって、Ｃｕの含有量は０．７０％以下とする。
【００２６】
Ｎｂ（ニオブ）は、ＣおよびＮを固定し、ステンレス鋼で問題となる粒界腐食を防止するために有効な元素である。しかしながら、０．８％を超えて過剰にＮｂを含有させると、ステンレス鋼の靭性が低下してしまい、製造性が悪化してしまう。したがって、Ｎｂの含有量は０．８％以下とする。
【００２７】
Ｔｉ（チタン）は、Ｎｂと同様にＣおよびＮを固定し、ステンレス鋼で問題となる粒界腐食を防止するために有効な元素である。また、ＴｉＮはスリット端面性状を安定化させる効果を有する。しかしながら、０．８％を超えて過剰にＴｉを含有させると、コルゲート加工性の低下が認められる場合もある。したがって、Ｔｉの含有量は、０．８％以下とする。
【００２８】
Ａｌ（アルミニウム）は、Ａｌ２Ｏ３系の介在物を形成し、スリット端面性状を安定化するために有効な元素である。しかしながら、０．４％を超えて過剰にＡｌを含有させると、熱間加工性が低下してしまう。したがって、Ａｌの含有量は、０．４％以下とする。
【００２９】
Ｍｏ（モリブデン）、Ｖ（バナジウム）およびＷ（タングステン）は、Ｃｒとともに耐食性を向上させるために有効な元素である。しかしながら、過剰に含有させると、熱間加工性に悪影響を及ぼしてしまう。したがって、これらＭｏ、ＶおよびＷを含有させる場合は、その含有量の合計を４％以下とする必要がある。なお、Ｍｏ、ＶおよびＷは、含有量の合計が４％以下であれば、単独で含有させても複合して含有させてもよい。
【００３０】
Ｎｉ（ニッケル）およびＣｏ（コバルト）は、耐食性を向上させるために有効な元素である。しかしながら、オーステナイト生成元素であるため、過剰に含有させると高温でオーステナイト相を生成し、フェライト単相を維持できなくなってしまう。したがって、これらＮｉおよびＣｏを含有させる場合は、その含有量の合計が５％以下とする必要がある。なお、ＮｉおよびＣｏは、含有量の合計が５％以下であれば、単独で含有させても複合して含有させてもよい。
【００３１】
上述した元素以外の残部は、Ｆｅ（鉄）および不可避的に含有する不純物であり、この不可避的不純物は、故意に含有させるものではない。
【００３２】
ここで、上述のようにＴｉおよびＮｂは、ＣおよびＮを固定する目的で含有させるものであるので、ＣおよびＮの含有量に応じた含有量とする必要がある。したがって、ＴｉおよびＮｂと、ＣおよびＮとの含有量の関係が、（Ｔｉ％＋Ｎｂ％）≧（７×（Ｃ％＋Ｎ％）＋０．０５）となるように組成を調整する。なお、ＴｉおよびＮｂの含有量が不足すると、粒界腐食の発生が懸念される。
【００３３】
ステンレス鋼中には、介在物として、ＴｉＮ、ＭｎＳ、脱酸剤によって生じるＡｌ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＳｉＯ２およびこれらの複合介在物が存在する。これら介在物のうち、ＭｎＳ以外の介在物は硬質であり、せん断変形の進行中に分離先端が介在物に会合すると、介在物を避ける形で分離が進行し、局部的な応力集中を招くことがない。また、形態が塊状であることから、分離を枝分かれさせることなくせん断変形が進行する。したがって、スリット破面のせん断面と破断面との比率が安定する。このスリット破面のせん断面と破断面との比率の安定効果は、ＪＩＳＧ０５５５にて規定されるＭｎＳを除く介在物の清浄度を０．００４％以上とすることにより、十分に発揮できる。しかしながら、ＪＩＳＧ０５５５にて規定されるＭｎＳを除く介在物の清浄度が０．２０％を越えると、介在物に起因して割れが発生しやすくなり、コルゲート加工での割れ感受性高くなってしまう。したがって、ＪＩＳＧ０５５５にて規定されるＭｎＳを除く介在物の清浄度は、０．００４％以上、０．２０％以下の範囲とする。
【００３４】
溶接部は、板厚が厚い影響や溶接ひずみの影響にて、素材部と比べて強度が高い場合がある。また一方で、圧延等により加工硬化した素材の場合は、溶接部では、溶接による熱によってひずみが除去され、素材部よりも強度が低下する場合がある。このように溶接部の強度と素材部強度とに違いがある場合にコルゲート加工を行うと、コルゲート加工での変形が軟質部に集中して割れが生じてしまう場合がある。特に、ステンレス鋼の板厚が薄い場合は、板厚の違いによる強度の影響を受けやすい。そして、溶接部では延性および靭性が素材部より劣るので、安定してコルゲート加工を行うためには、素材部をやや軟質にして溶接部と素材部との強度差を小さくし、強度の差による割れの発生を抑制する必要がある。したがって、ステンレス鋼のビッカース硬さは、１３０ＨＶ以上、２００ＨＶ以下の範囲に調整して管理する。なお、硬さの調整は、例えば、成分、焼鈍温度および調質圧延等、硬さ調整を調整できる方法であれば公知のいずれの方法であってもよい。
【００３５】
そして、上述したフェライト系ステンレス鋼によれば、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＡｌおよびＮを規定した範囲で含有し、（Ｔｉ％＋Ｎｂ％）≧（７×（Ｃ％＋Ｎ％）＋０．０５）となるように組成が調製され、ＪＩＳＧ０５５５で規定される清浄度でＭｎＳを除く介在物を０．００４〜０．２０％含有することにより、スリット加工における端面性状を安定化できるとともに、介在物によりコルゲート加工での割れ感受性が高くなることを防止し、介在物に起因した割れの発生を抑制できるので、例えば板厚を薄く設定した場合等であっても、安定して溶接できる。また、表面硬さをビッカース硬度で１３０〜２００ＨＶとすることにより、溶接部と素材部との強度差を小さくできるので、コルゲート加工において、強度差に起因するひずみの集中による割れの発生を抑制できる。したがって、コルゲート管を製造する際に製造性を向上できる。
【００３６】
また、このようにコルゲート加工における製造性の優れたコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼にてコルゲート管を製造することにより、従来、オーステナイト系ステンレス鋼製フレキシブル管を用いていた配管にコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼を適用できるので、コストを低減できる。また、フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて軟質であるので、より容易に曲げ作業を行うことができる。
【００３７】
含有量の合計が４％以下となるように、Ｍｏ、ＶおよびＷの少なくともいずれか１つを含有することにより、耐食性を向上できるとともに、熱間加工性の低下を防止できるので、より確実に優れた製造性を確保できる。
【００３８】
含有量の合計が５％以下となるように、ＮｉおよびＣｏの少なくともいずれか一方を含有することにより、耐食性を向上できるとともに、高温でのオーステナイト相の生成を防止できるので、より確実に優れた製造性を確保できる。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００４０】
表１は、コルゲート管を製造後の割れの有無を確認した各フェライト系ステンレス鋼の組成、Ｔｉ％＋Ｎｂ％による値、７×（Ｃ％＋Ｎ％）＋０．０５による値、ＪＩＳＧ０５５５にて規定されるＭｎＳを除く介在物の清浄度および各ステンレス鋼の表面硬さを示すビッカース硬さを示す。
【００４１】
なお、洗浄度の測定は、以下の方法で行った。鋼板の断面を顕微鏡で拡大し、６．２５μｍ間隔で交点が４００になるようなメッシュ（例えば２０×２０）を用い、介在物と重なったメッシュの交点を数える。この作業を１０視野以上について行い、介在物と重なった交点の数を全交点の数で除すことにより介在物の面積率を求め、これを洗浄度とした。
【００４２】
鋼種番号１ないし鋼種番号９の各ステンレス鋼は、それぞれ組成は異なるものの、規定した範囲内にて各元素を含有し、（Ｔｉ％＋Ｎｂ％）≧（７×（Ｃ％＋Ｎ％）＋０．０５）となるように組成が調製され、ＪＩＳＧ０５５５で規定される清浄度でＭｎＳを除く介在物を０．００４〜０．２０％含有し、表面硬さをビッカース硬さにて１３０〜２００ＨＶとなるように調製した本実施例である。
【００４３】
一方、鋼種番号１０ないし鋼種番号１５の各ステンレス鋼は、上述した条件を満たさない比較例である。
【表１】
2010255036.tif 000003
【００４４】
まず、表１に示す化学組成を有する各ステンレス鋼を溶製し、熱間圧延、焼鈍および冷間圧延を施して板厚０．３ｍｍの板材を作製した。なお、仕上焼鈍は、１０００〜１０７０℃で行い、その後、酸洗を施した。このようにして得られた板材の表面硬さをビッカース硬さにて測定した。また、ＪＩＳＧ０５５５で規定されるＭｎＳを除く介在物の清浄度をＳＥＭ観察にて求め、介在物の組成をＥＤＸで分析することによりＭｎＳであるかを判定した。
【００４５】
これら各板材を３１．４ｍｍ幅でスリットし、１００ｍの長さの範囲にて１ｍ毎にせん断破面を観察してせん断面と破断面との比率を求め、スリット端面性状の安定性を確認した。図１は、各ステンレス鋼の板材におけるＭｎＳを除く介在物の清浄度とせん断破面率の変動範囲との関係を示す。なお、図１の破線は、ＭｎＳを除く介在物の清浄度０．００４％を示す。また、コルゲート加工で割れが発生したステンレス鋼のスリット端面を観察したところ、せん断破面率の変動が１０％を超えていたため、せん断破面率によるスリット端面形状の安定性の基準値を１０％とした。
【００４６】
図１に示すように、清浄度が０．００４％以上、すなわち、鋼種番号１ないし鋼種番号１２および鋼種番号１５のステンレス鋼では、せん断破面率の変動範囲が１０％以下であり、これらのステンレス鋼ではスリット端面形状が安定しているといえる。
【００４７】
さらに、各スリットコイルをＴＩＧ溶接にて毎分３ｍの速度で溶接し、直径１０ｍｍのパイプを製造した。その後、図２に示すように、ピッチａを３ｍｍとし、溝深さｂを１ｍｍとしてコルゲート加工を行い、コルゲート管を作製した。
【００４８】
そして、このように作成した各コルゲート管にて、コルゲート加工による割れの有無を確認した。図３は、コルゲート加工での割れの有無と、溶接前の清浄度および溶接前のステンレス鋼の表面硬さとの関係を示す。
【００４９】
清浄度が０．００４〜０．２０％であり、表面硬さが１３０〜２００ＨＶである鋼種番号１ないし鋼種番号９の本実施例は、いずれも割れが生じることなくコルゲート管を製造できた。
【００５０】
一方、鋼種番号１０ないし鋼種番号１５の比較例は、いずれも割れが生じていた。
【００５１】
清浄度が０．００４％より低い鋼種番号１３および鋼種番号１４の比較例としてのステンレス鋼は、コルゲート加工により割れが生じた。これらのステンレス鋼では、スリット端面性状が不安定であり、溶接ビードが大きい箇所と小さい箇所とが混在していた。そして、溶接ビードが大きい箇所にて特に割れが認められた。
【００５２】
清浄度が０．２０％を超える鋼種番号１１および鋼種番号１２の比較例としてのステンレス鋼は、スリット端面性状が安定しており溶接部の形状は安定していたが、割れ発生部を観察したところ、介在物が認められた。したがって、介在物に起因して割れが発生したと考えられる。
【００５３】
清浄度が０．００４〜０．２０％の範囲内であるが、表面硬さが１３０ＨＶより低い鋼種番号１０の比較例および表面硬さが２００ＨＶより高い鋼種番号１５の比較例では、溶接部の強度と素材部の強度の差が大きくなり、ひずみが素材部または溶接部に集中して割れに至ったと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のコルゲート管用フェライト系ステンレス鋼は、コルゲート管を製造する場合の製造性に優れているので、曲げ加工を必要とする例えば、温冷水配管、ガス配管、冷媒配管および熱交換器配管等に利用することができる。
【図１】
2010255036.tif 000004
【図２】
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【図３】
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